【摘 要】
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有机废水给地球生态系统造成了严重的威胁,光催化降解技术被认为是处理有机废水最有潜力的技术。但传统光催化剂大多存在光吸收波段窄,比表面积小的缺陷。石墨相氮化碳g-C3N4因其更宽的光吸收波段、极大的比表面积和独特的片层结构而被运用于有机废水的处理,但g-C3N4光生电子-空穴容易复合,且光吸收能力较弱,限制了其进一步发展。聚噻吩(PTh)有π共轭电子结构和优异的光吸收能力,与g-C3N4复合后能够通
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有机废水给地球生态系统造成了严重的威胁,光催化降解技术被认为是处理有机废水最有潜力的技术。但传统光催化剂大多存在光吸收波段窄,比表面积小的缺陷。石墨相氮化碳g-C3N4因其更宽的光吸收波段、极大的比表面积和独特的片层结构而被运用于有机废水的处理,但g-C3N4光生电子-空穴容易复合,且光吸收能力较弱,限制了其进一步发展。聚噻吩(PTh)有π共轭电子结构和优异的光吸收能力,与g-C3N4复合后能够通过π-π共轭形成电子离域,从而加速光生电荷的迁移和增强催化剂光响应强度。基于此,本论文提出了一种g-C3N4原位生长PTh构建TypeⅡ异质结的方法,并分别引入了Ag纳米颗粒和溴氧化铋(Bi OBr)构建氧化能力更强的三元复合光催化剂PTh/Ag/p CN和Bi OBr/CPCN。具体研究内容如下:(1)以三聚氰胺为前驱体通过二次煅烧和酸化制备了质子化g-C3N4纳米片(p CN),采用氧化聚合法制备PTh,并通过静电组装获得了PTh/p CN复合光催化剂。光捕获实验发现,PTh/p CN降解MO过程中,超氧自由基(·O2-)是主要活性物质,价带上的空穴(h+)对降解基本没有贡献。这是由于光生电荷转移遵循TypeⅡ型异质结,光催化剂氧化能力被削弱了。(2)针对PTh/p CN复合光催化剂h+氧化能力弱的缺陷,采用光沉积方法在p CN的表面负载一层Ag纳米颗粒充当电子桥,再通过静电组装的方法制备了三元光催化剂PTh/Ag/p CN。系统探究了PTh负载量对光降解MO效果的影响。实验发现,5%PTh/Ag/p CN有最佳降解效果,可见光激发1 h下,对MO降解达到93%。通过光捕获实验和ESR发现,相比于PTh/p CN,PTh/Ag/p CN的活性物质除了·O2-还有h+。这表明Ag纳米颗粒的引入成功构建了Z型异质结,促进光生电荷迁移的同时保留了PTh/p CN氧化能力较强的h+。(3)以BiOBr和高电导率的聚噻吩(CPTh)共同修饰p CN,构建三元光催化剂Bi OBr/CPCN。其中CPTh作为光生电荷转移通道,促进光生电荷在Bi OBr和p CN界面间转移。采用双溶剂热法合成了CPTh/p CN复合材料。再以Bi(NO3)3为前驱体通过水热制备Bi OBr/CPCN。通过EIS测试和MO光降解实验分别探究CPTh在p CN表面的最佳负载量和CPTh/p CN负载量与Bi OBr/CPCN光催化活性的相关性。电化学阻抗测试表明10%CPTh/p CN有最高的电导率,Bi OBr/CPCN-10%有最优的MO降解效果,1 h可见光激发下降解率达到90%。通过光捕获实验和ESR测试进一步发现羟基自由基·O2-和h+是主要活性物质。
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